Apports de l’assimilation : comparaisons aux observations

Inquestionavelmente a pré-fabricação é uma tecnologia muito atractiva, especialmente sob condições ambientais adversas e quando o factor tempo é determinante. Contudo a qualidade das superestruturas de aduelas pré-fabricadas depende uma correcta compreensão de todo o processo construtivo.

5.3.1. FACTORES AMBIENTAIS

5.3.1.1. Características do solo Geologia

As características geológicas do solo são um factor neutro, ou seja, não acarretam qualquer tipo de vantagem ou desvantagem à tecnologia construtiva.

Sismicidade

O índice de sismicidade do local é uma importante condicionante a analisar. Este factor tem implicações na superestrutura a nível estrutural e construtivo. Pode consistir numa desvantagem na medida em que, como referido em 3.6.1. considera-se que as pontes de aduelas betonadas in-situ podem oferecer uma margem de segurança adicional sob estas condições. Contudo, se convenientemente dimensionada, este factor não consistirá num entrave à aplicação de aduelas pré- fabricadas, nem acarretará grandes custos acrescidos, nem atrasos no processo construtivo.

5.3.1.2. Topografia Extensão da ponte

A extensão longitudinal da superestrutura é um factor de grande importância no que diz respeito à economia que se pode obter através desta tecnologia construtiva. Será uma correcta opção, de acordo com Fadón (1995), sempre que se tratem de viadutos que pela sua extensão (e.g. superior a 250 metros) permitam a aplicação de um número de aduelas (e.g. superior a 100) que rentabilize os custos fixos associados ao procedimento construtivo. Segundo Trayner (2006) esta tecnologia será bastante conveniente para extensões superiores a 1500 m.

Comprimento do vão

Aplicável a um amplo intervalo de comprimento de vãos, desde pequenos e médios vãos (30 a 130 metros), respectivamente por construção tramo a tramo e avanços sucessivos, como a grandes vãos de 400 metros com recurso a tirantes definitivos. Contudo, concretamente na construção por avanços sucessivos, a dimensão necessária das aduelas para longos vãos pode constituir um problema, na medida em que estas terão grande peso, dificultando o seu transporte e instalação.

Alinhamentos

Exequível com relativa facilidade e de forma mais económica que no processo de betonagem in-situ, em alinhamentos em planta e perfil, rectos e variáveis. Contudo, para raios de curvatura bastante reduzidos poderá ser mais conveniente a betonagem in-situ das aduelas.

A secção em caixão adapta-se bem aos processos de pré-fabricação, possibilitando que esta tecnologia se aplique em alinhamentos e vãos variáveis. O processo de pré-fabricação também permite, de forma eficaz e económica, produzir aduelas com geometria complexa.

Acessibilidade ao local de obra

No que concerne a acessibilidade ao local da obra, tipicamente não será um factor condicionante. O transporte das aduelas pode ser efectuado de diversas formas como foi exposto ao longo do capítulo 2 e 3 desta dissertação. Em determinadas situações, se se mostrar viável, poderá se construir um parque de pré-fabricação de aduelas na proximidade da obra. Outra situação possível consistirá na fabricação de aduelas a distâncias que podem ir, geralmente, até os 300 km. A tomada de decisão deverá ser baseada numa análise custo benefício.

5.3.1.3. Enquadramento Proximidade do mar

Se a superestrutura se localiza na proximidade ou em contacto com ambientes com elevada salinidade, recomenda-se a aplicação de um betão de qualidade superior, no sentido de melhorar a durabilidade da estrutura. No processo de pré-fabricação das aduelas é possível realizar um melhor controlo da qualidade da betonagem. Num cenário de pré-fabricação é mais facilmente realizável a betonagem de segmentos com uma menor relação água/cimento, proporcionando um betão com uma maior compacidade, mais homogéneo e consequentemente maior durabilidade face às acções agressivas em causa.

Zonas densamente urbanizadas e sensíveis

Este método construtivo permite a redução dos impactes no meio envolvente. Num cenário densamente urbanizado pode-se diminuir as perturbações, designadamente atrasos ou interrupções no tráfego, diminuição de poluição sonora e ambiental. O mesmo se aplica na construção em zonas ambientalmente sensíveis.

Estética

Esta tecnologia construtiva permite a aplicação de um betão mais homogéneo, mais resistente, com melhor aparência. Permite ainda, com elevados índices de velocidade e economia, produzir secções com formas e geometrias complexas, mais trabalhadas, almas de inclinação variável, favorecendo assim naturalmente a estética da estrutura (Combault, 2004; Srinivasan, 2004). Importa realçar que por a qualidade de acabamento final das aduelas ser superior, minimiza-se a necessidade de tratamento do betão, como tipicamente se realiza nas aduelas betonadas in-situ e permite que os tratamentos necessários se realizem ao nível do solo. Contudo existe um aspecto negativo, no que se refere à qualidade estética da superestrutura, que advém da necessidade de aplicação de resina epoxi entre

juntas de aduelas. A coloração final da resina é geralmente diferente da do betão resultando em marcas na superestrutura.

A utilização de betão de elevada resistência, facilmente possibilitada pelas características do processo de fabricação das aduelas, permite o dimensionamento de secções menores e consequentemente mais leves e esbeltas.

5.3.1.4. Clima

Uma vantagem primordial consiste no facto de as aduelas poderem ser fabricadas num cenário semelhante ou mesmo igual à produção industrial, num recinto próprio, que naturalmente torna este processo independente das condições meteorológicas.

Esta tecnologia construtiva é menos dependente, na fase construtiva, das condições meteorológicas (e.g. temperaturas negativas), especialmente na construção com juntas secas. Em determinadas situações, os índices de humidade que se verificam podem exigir cuidados especiais na estanquidade das juntas, sendo que nas aduelas betonadas in-situ a resolução desse aspecto é menos complexa. Para temperaturas muito baixas, nas situações em que é impreterível o uso de resinas epoxi, a sua aplicação poderá ser condicionada, exigindo-se medidas especiais.

Para acções gelo/degelo e locais onde são tipicamente usados químicos anti-gelo, de acordo com algumas fontes, não se aconselha o uso de juntas secas conjugas com pré-esforço exterior, como referido em 3.4.3.2.

5.3.2. FACTORES TÉCNICOS

5.3.2.1. Sistema Estrutural

Esta tecnologia construtiva permite a execução dos mesmos sistemas estruturais de superestruturas que a tecnologia de betonagem in-situ das aduelas.

Códigos e especificações

A construção com aduelas pré-fabricadas requer conhecimentos técnicos que ainda se encontram pouco difundidos na literatura científica. Esta não se encontra ainda convenientemente regulada por códigos e especificações, não só relativamente a aspectos de dimensionamento mas também sobre as várias etapas construtivas nomeadamente do processo de pré-fabricação, armazenamento, transporte e instalação das aduelas. Esta carência regulamentar pode consistir num entrave à adopção desta tecnologia.

Aspectos técnicos

Existem algumas especificidades no processo de dimensionamento designadamente ao nível do pré- esforço longitudinal. A exigência de uma compressão residual da ordem dos 0.5 MPa em serviço acarreta custos acrescidos associados ao pré-esforço necessário.

Este tipo de superestruturas estão sujeitas a menores deformações devido aos fenómenos de retracção e fluência.

As aduelas são produzidas algum tempo, em obras correntes da ordem dos 30 dias, antes de serem assembladas, sendo que quando são instaladas já ocorreram parte das deformações devidas ao fenómeno diferido de retracção.

No que concerne aos fenómenos relacionados com a fluência do betão, constata-se que também os seus efeitos negativos são reduzidos nesta tecnologia construtiva, visto que a idade do betão no momento do carregamento é superior, pela razão mencionada. Desta forma, concede-se mais tempo de cura ao betão do que em condições normais de betonagem in-situ.

Destes dois aspectos advém uma menor perda de pré-esforço longitudinal.

As condições em que se procede a betonagem das aduelas possibilitam um melhor controlo da qualidade do betão bem como a colocação das armaduras e das bainhas dos cabos ao nível do solo. No que concerne ao procedimento construtivo importa referir a superior complexidade do plano de contra-flechas construtivas e a exigência de um controlo geométrico mais rigoroso.

A construção com aduelas in-situ possibilita, especificamente no método por avanços sucessivos, a construção vãos com maior extensão, raios de curvatura mais reduzidos e com perfis em alçado com inclinações superiores.

Segurança

No que concerne à segurança estrutural nas várias fases, construtiva e final, não existe grande diferença entre as duas tecnologias, estas permitem alcançar níveis de segurança semelhantes.

5.3.2.2. Recursos Tempo

Uma importante diferença entre os dois métodos construtivos consiste no facto de que no processo de construção por aduelas pré-fabricadas é possível dissociar a fabricação das aduelas constituintes do tabuleiro à execução do resto da estrutura. Deste modo, ao mesmo tempo que se está a fabricar as aduelas no parque de pré-fabricação pode-se estar a construir as fundações e pilares.

A título exemplificativo das vantagens do método construtivo, apresenta-se de seguida um plano de obra de duas pontes com características semelhantes. O quadro 5.1 corresponde à ponte executada com aduelas pré-fabricadas, concretamente por avanços sucessivos com recurso a uma lançadeira superior. No quadro 5.2 afigura-se o plano de obra respectivo da ponte construída por aduelas betonadas in-situ com recurso a carro de avanços.

Quadro 5.1. – Plano de obra de uma ponte com aduelas pré-fabricadas. Fonte: adaptado (Fadón, Herrero, 1995).

Meses 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Subestrutura Mont. Pq. pré-fabricação Pré-fabricação 1º Vão 2º Vão 3º Vão 4º Vão 5º Vão Aduelas de Fecho Finalização

Quadro 5.2. – Plano de obra de uma ponte com aduelas betonadas in-situ. Fonte: adaptado (Fadón, Herrero, 1995).

Meses

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Subestrutura

Aduela sobre o pilar 1º Vão 2º Vão 3º Vão 4º Vão 5º Vão Aduelas de Fecho Finalização

Os planos de obras apresentados correspondem a duas pontes com características muito semelhantes, realizadas em datas próximas, pelo mesmo empreiteiro. Através dos planos apresentados conclui-se que a construção com aduelas pré-fabricadas conduz a prazos de construção muito mais curtos dos apresentados pela betonagem in-situ das aduelas, na medida em que o processo não depende do tempo de cura das aduelas. Ainda importa referir o facto de se necessitar de mão-de-obra em quantidade semelhante para realizar as várias tarefas no processo construtivo. Assim sendo, com a redução do tempo de construção reduz-se naturalmente o custo global da obra.

Em média uma unidade de pré-fabricação (célula de pré-fabricação) produz uma aduela por dia. No que diz respeito à colocação de aduelas, em média instala-se 6 a 8 aduelas por dia (método de avanços sucessivos), contudo contabilizando outras operações, como o deslocamento da lançadeira, e a concretização das aduelas de fecho, o valor médio de instalação de aduelas desce ligeiramente.

Com aduelas betonadas in-situ consegue-se tipicamente uma média de um par de aduelas numa semana, como referido em 2.2.1.2.

A construção por aduelas pré-fabricadas permite um melhor controlo da calendarização das actividades de pré-fabricação. Facilmente, se necessário, pode-se instalar linhas produção adicional de aduelas para acompanhar a velocidade de instalação destas na obra. Na condição de a produção começar previamente, de haver área suficiente para armazenamento das aduelas na proximidade da obra, constituindo-se um stock de aduelas, a velocidade do processo de construção dependerá apenas do tempo necessário para a colocação e assemblagem das aduelas. Ou seja, existe grande flexibilidade no processo construtivo para responder as mudanças ou imprevistos nos planos de construção.

Mão-de-obra

Esta tecnologia construtiva requer uma mão-de-obra com uma qualificação superior nas várias etapas construtivas, nomeadamente na fase de fabricação, manuseamento e transporte das aduelas, nas várias fases constituintes do processo de assemblagem das aduelas, designadamente a operação de colocação das aduelas, fabrico e aplicação das resinas epoxi e controlo geométrico. O transporte e colocação de aduelas com pesos que podem variar entre 50 a 150 toneladas, exige também cuidados especiais. Outro exemplo da necessidade de mão-de-obra qualificada, que foi referido em 3.8.1.1., consiste na operação de correcção geométrica da superestrutura, já com várias aduelas assembladas com recurso ao sistema de macacos hidráulicos.

Utilizam-se 5 operários por célula de pré-fabricação, e 6 operários na operação de instalação de aduelas. Na construção com carros de avanços utilizam-se, em média, 10 operários (Fadón, Herrero, 1995).

Equipamentos

É necessário dispor de equipamentos e dispositivos específicos para a aplicação desta tecnologia construtiva, designadamente, no fabrico das aduelas, transporte e instalação.

No que concerne aos equipamentos de instalação de aduelas deve-se referir que são mais complexos do que os homólogos utilizados na betonagem in-situ, e que a sua disponibilidade no mercado poderá ser reduzida. Especificamente nas lançadeiras superiores de aduelas, importa referir que são dispositivos tipicamente mais pesados e complexos requerendo portanto cuidados especiais na sua operação e no seu estudo cinemático.

Analisando especificamente a situação do mercado de construção português, constata-se que os empreiteiros nacionais não dispõem de lançadeiras de aduelas. Contudo, a disponibilidade de gruas é relativamente elevada, o que apesar das suas limitações, pode constituir um interessante equipamento construtivo.

Espaço

É necessário um considerável espaço para a fabricação e armazenamento das aduelas. Outro aspecto importante consiste na preparação do terreno no sentido de evitar assentamentos diferenciais.

Deve-se procurar minimizar a área de estaleiro, optimizando todo o processo de stock no sentido de minimizar as perturbações no meio envolvente.

Conhecimento Tecnológico

O conhecimento tecnológico sobre os aspectos construtivos é naturalmente um aspecto muito importante e que muita influência a decisão final sobre o método a adoptar. Neste aspecto a betonagem in-situ das aduelas é a solução mais indicada na medida em que existe uma experiência e conhecimento acumulado em projecto e execução de obra bem como uma elevada disponibilidade de mão-de-obra experiente.

Despesas de capital

Como já referido, só se torna evidente a economia da tecnologia de construção de pontes com aduelas pré-fabricadas, genericamente, para obras com dimensões consideráveis. Dessa forma é possível justificar, numa perspectiva económica, o relativamente avultado investimento inicial na instalação do estaleiro de pré-fabricação, que tipicamente é dimensionado para a obra em causa, e nos vários equipamentos e logística.

Determinados métodos construtivos podem exigir ao empreiteiro um investimento inicial superior nos equipamentos comparativamente aos homólogos usados na betonagem de aduelas in-situ, designadamente nas lançadeiras de aduelas. Contudo, os equipamentos de pré-fabricação e colocação de aduelas, são tipicamente propriedade integrante apenas de empreiteiros que pretenderam vocacionar-se nesta tecnologia construtiva. Os seus custos iniciais vão sendo amortizados através das suas aplicações em várias obras.

As aduelas após fabricadas podem ser facilmente tratadas, pintadas, e efectuada a aplicação de areia na face da aduela ao nível do solo, antes da sua instalação na superestrutura, tornando este processo mais económico. O sistema de cofragens adaptável e reutilizável também confere economia ao processo. É crucial proceder a uma análise comparativa aos custos associados aos dois métodos de construção em discussão. A oposição dos custos associados à instalação da unidade de pré-fabricação, armazenamento, transporte e instalação dos segmentos, com os custos associados ao sistema de cofragem e betonagem in-situ.

Outro aspecto determinante que deve ser considerado na análise global dos custos consiste na quantidade mão-de-obra necessária, na medida em que tipicamente tem grande peso no custo final da obra.

6

CONCLUSÕES E DESENVOLVIMENTOS FUTUROS

6.1. CONCLUSÕES

Apresentou-se, nesta dissertação, uma plataforma de conhecimento técnico que contribui para o estado de conhecimento da construção de pontes com aduelas pré-fabricadas.

No Capítulo 2, abordou-se o “Estado-da-Arte” da construção de pontes, tendo-se demonstrado a versatilidade construtiva desta tecnologia.

No Capítulo 3 tratou-se das principais especificidades construtivas associadas à execução de tabuleiros com aduelas pré-fabricadas, das quais importa realçar os seguintes pontos:

 No que concerne à tecnologia de pré-fabricação existem duas soluções, linha longa e linha curta de fabrico. A decisão sobre qual solução adoptar está sobretudo dependente de factores como área disponível na proximidade da obra e das características topográficas da superestrutura. Apresentou-se um quadro síntese, auxiliar no processo de decisão sobre que método adoptar;

 O controlo geométrico, na fase de pré-fabricação e na fase de montagem das aduelas em obra, é um processo complexo que para ser alcançado com rigor em muito depende dos conhecimentos e experiência dos operadores. Adicionalmente, o plano das contra-flechas estruturais da superestrutura tem de ser rigorosamente definido antes de se iniciar a pré- fabricação das aduelas na medida em que a margem de correcção possível durante a instalação destas é muito reduzida e as acções correctivas são de difícil implementação;  Relativamente ao tipo de junta entre aduelas a adoptar, se seca ou se com resina epoxi,

conclui-se que a escolha pode ser determinada pelo sistema de pré-esforço longitudinal adoptado, pela agressividade do meio ambiente, ou pela redução de custos e velocidade construtiva da superestrutura;

 O sistema de pré-esforço a adoptar, interior, exterior ou ambos, está sobretudo dependente do comprimento do vão e do método construtivo adoptado. Tipicamente, na construção tramo a tramo, recorre-se a pré-esforço totalmente exterior, e na construção por avanços sucessivos a pré-esforço interior. Conclui-se também que a solução de pré- esforço adoptada pode ser influenciada pelo dimensionamento face a acções sísmicas;  A aplicação desta tecnologia em zonas de sísmicas mantém-se limitada devido, em

grande parte, à incerteza associada ao comportamento das juntas na transferência de esforços entre aduelas sob acção sísmica. Contudo, pensa-se que é possível alcançar-se um correcto dimensionamento através da consideração de alguns aspectos particulares a nível estrutural e construtivo;

 Descreveu-se de forma relativamente detalhada os procedimentos construtivos específicos da construção tramo a tramo, por avanços sucessivos e com recurso a tirantes, bem como as respectivas principais vantagens e desvantagens;

 Analisaram-se aspectos de dimensionamento relativos às lançadeiras de aduelas correntemente utilizadas na construção tramo a tramo e por avanços sucessivos, bem como em que medida as suas deformações têm implicações no processo de definição do plano de contra-flechas (geométrico) da superestrutura.

 Por fim, ainda se elaborou uma sintética estrutura de possíveis custos relativos à construção de pontes com aduelas pré-fabricadas. Verificou-se a necessidade de uma considerável quantidade de equipamentos tecnológicos e dispositivos operacionais, bastante específicos a este método construtivo.

No Capítulo 4 estudaram-se os métodos de análise e a respectiva aplicabilidade no processo de dimensionamento. Conclui-se que o método de análise elástica é indicado para a análise estrutural da superestruturas em estado limite de serviço, bem como que será um possível método de análise, em estado limite último, de superestruturas pré-esforçadas internamente. Relativamente ao método de análise plástica, verificou-se ser um procedimento correntemente adoptado no dimensionamento em estado limite último, permitindo estimar os incrementos de tensão gerados nos cabos de pré-esforço exterior e contabilizar a abertura das juntas, aspectos esses que são determinantes na análise da transferência de esforços de corte entre juntas. Contudo, tornou-se evidente que o comportamento deste tipo de superestruturas em fase de pré-rotura é claramente não linear, sendo como tal uma análise não linear com modelação da superestrutura por elementos finitos o melhor processo de cálculo. Apesar deste facto, verificou-se que não se adopta correntemente este método devido, em parte, à complexidade da definição da interacção dos cabos de pré-esforço exterior com a estrutura e à definição dos elementos chave nas juntas. Ainda neste capítulo abordaram-se aspectos de dimensionamento relacionados com as juntas entre aduelas e o sistema de pré-esforço, com especial ênfase à solução de pré-esforço exterior não aderente. No último ponto deste capítulo, determinaram- se os esforços gerados no tabuleiro nas várias fases construtivas do processo de construção tramo a tramo, por avanços sucessivos e com recurso a tirantes provisórios.

No Capítulo 5 analisaram-se os factores mais relevantes, intervenientes no processo de concepção de uma ponte, onde a tecnologia construtiva de aduelas betonadas in-situ e as pré-fabricadas mais se distinguem, apresentando as respectivas vantagens e desvantagens, em termos relativos, e apresentando as principais características. Conclui-se que a tomada de decisão é muito complexa, envolvendo uma grande quantidade de factores, designadamente ambientais e técnicos.